GNSS复杂电磁环境综合监测测向与分析评估技术

复杂的电磁环境是电磁辐射源集合与电波传播环境相互作用的总和.针对目前GNSS易受复杂电磁环境影响的问题,研究了GNSS复杂电磁环境综合监测测向与分析评估技术,提出了专用信道化监测方法、比幅与比相联合测向方法、卫星导航信号和电磁干扰信号综合分析方法以及GNSS复杂电磁环境影响效应分析评估方法,解决了现有通用设备在弱信号监测测向、电磁干扰信号与导航信号联合监测以及在复杂电磁环境影响效应分析评估方面存在的不足.该技术能够指导GNSS复杂电磁环境综合监测测向与分析评估设备的研制,为GNSS复杂电磁环境监测保障的工程化提供了技术支持.     

卫星导航增强技术

精度、连续性、可用性、完好性,是评价全球卫星导航系统(GNSS)及用户接收机设备性能的四项基本指标。其中,精度是指GNSS的定位和授时精确度,完好性是指GNSS定位和授时输出结果的可信度。没有完好性保证的GNSS定位和授时技术无法成为众多应用领域的主导航手段,尤其是那些与经济、财产、生命相关的应用领域(如航空导航、航海导航、武器制导、交通执法、不停车收费、气象探空、电力授时等),对GNSS的精度和完好性提出了较高要求,这些要求超出了GNSS基本系统的服务能力,因此需要在GNSS基本系统的基础上,建设专门的增强系统,以提高用户设备的精度和完好性,从而满足特定用户的使用需求。欧美等国针对GPS在航空、航海领域的应用,建设了多套GPS增强系统,中国针对BDS基本系统,建设了北斗地基增强系统。在分析GNSS精度和完好性指标的基础上,介绍GNSS增强系统和技术。     

SF6分解气的近红外在线检测技术研究

为满足SF6绝缘电气设备故障监测与预警的实际需求,分析了国内分解气检测研究现状.对比近红外与中红外吸收光谱检测技术,提出近红外吸收光谱技术在线检测的技术方案.计算分析待测气体特征谱线的吸收系数、吸收光程和电路信噪比对精度的影响,完成系统参数设计.提出SF6分解气在线检测系统方案,实现对H2S、HF和CO这3种气体测量.数据分析表明,系统检测精度优于5×10-7,表明该系统满足电力行业在线测量的需求.     

天象一号低轨导航增强系统研究与在轨试验验证

如何实现GNSS全球瞬时高精度服务一直是GNSS领域的迫切需求和研究热点.采用低轨导航增强技术体制,利用低轨卫星运动几何变化快的特点,解决GNSS精密单点定位快速收敛问题和性能提升问题,是GNSS高精度定位服务未来发展的重要方向.从全球瞬时高精度服务内涵出发,阐述了天象一号低轨导航增强试验系统的技术体制,包括系统工作模...     

基于改进UKF的组合导航系统航向角估计方法研究

为满足运载体长航时、高精度的导航需求,解决系统可观测性弱导致的航向角易发散的问题,提出了一种基于MEMS非线性组合导航系统的用于提高航向角估计精度的算法。通过采用单天线GNSS航向角作为量测量进行航向约束,解决了MEMS-SINS/GNSS姿态估计中航向角可观测性弱、估计值收敛差的问题;通过转弯判断规则和常规无迹卡尔曼滤波改进算法,抑制了偏流角对系统估计精度的影响。仿真结果表明,该算法有效地抑制了航向角估计精度差的问题,水平姿态精度达到0.01°,航向角精度达到0.1°,提高了系统的导航精度及可靠性。     

光电经纬仪室内检测系统的研究与应用

为解决靶场光电经纬仪的精度检测问题,进行可行性分析和系统研究,研制开发室内检测系统。系统针对靶场不同型号的光电经纬仪提出合理的检测方法,建立动态精度靶标为检测基础的数学模型,用Visual Basic实现数据转换、计算和检测信息管理,并通过某型号光电经纬仪实际检测、验证系统的正确性。该检测系统增强了检测的可靠性,极大地提高检测效率。     

基于GNSS速度信息辅助的飞行器姿态保持技术研究

为了提高飞行器精确打击和侦察探测能力,针对飞行器组合导航系统高精度、长航时和高可靠的姿态保持问题,研究了一种基于GNSS速度信息辅助的飞行器姿态保持技术。通过采用开环修正和闭环修正结合的工作方式,克服了惯性导航误差随时间不断积累引起的滤波精度下降问题;通过对GNSS信息进行χ~2检测,避免飞行器作大机动飞行或有外部干扰时引起的GNSS信息异常,确保GNSS信息的有效性;通过对GNSS速度信息的时间延迟进行扩展建模,抑制GNSS数据延迟对姿态保持算法的影响。仿真和实际数据处理结果表明:该姿态保持技术充分利用惯性导航系统和GNSS的优点,技术方案合理,能够满足飞行器高精度、长航时和高可靠姿态保持的需求,具有较好的工程应用价值。     

基于PXI的液体姿轨控火箭发动机试验测控系统设计与实现

针对液体姿轨控火箭发动机地面试验高精度、高风险和灵活多变的特点,设计研发了一套以PXI （PCI extensions for instrumentation）控制器为主体的发动机试验测控系统.控制系统拥有40路开关量控制能力,综合运用手动、时序和自动控制方式.测量系统拥有120路信号同步采集能力,具备故障诊断功能.测控系统软件使用LabVIEW开发,通用性良好.为增强控制可靠性,设计了面向工艺流程的试验面板,应用嵌入式控制,进行信号多级监测并引入紧急自动关机控制.为提高测量精度,对测量参数进行原位标定,提出了一种改进的干扰消除电路.该系统已多次成功应用于液体姿轨控火箭发动机地面试验,采用的设计方法有效地提高了测控系统的可靠性,测量精度和控制精度分别达到0.5%和0.1ms,能够充分满足多种类型的液体姿轨控火箭发动机对试验测控系统的要求.     

低成本GNSS接收机芯片载波相位测量技术

当前具备载波相位测量的GNSS接收机能够实现高精度定位,但其成本高、体积大,难以广泛应用于大批量的手机、平板电脑等消费电子产品。针对ST公司的STA8090接收机芯片并改进其软件和晶振以获得载波相位信息,采用双差和三差方程测试评估载波相位测量的精度,与测绘型接收机进行对比。基于改进的STA8090接收机芯片构建双天线定姿系统原型样机,静态测试评估了相对定位和定向精度。研究结果表明,千米级静态相对定位精度优于0.01m,在1.23m基线条件下定向精度优于0.1°。因此,采用低成本GNSS接收机芯片实现高精度载波相位测量的技术方案是可行的,具备广阔的市场应用前景。     

不同GNSS的单站时差监测评估

随着GPS、GLONASS导航系统的不断完善和更新,以及后续GALILEO、BDS等系统的逐步建立,多系统组合导航成为GNSS当前研究热点。为了实现不同GNSS系统之间的兼容和互操作,准确确定不同系统间时差是关键。基于此,利用天宝R9多模双频接收机输出的GNSS观测数据、导航电文以实现监测GNSS系统的时差。由于国际计量局(BIPM)T公报缺少BDS相关数据,只对GLONASS和GPS实测的时差数据和BIPM T公报中对应的时差数据进行评估,统计了BDS、GPS和GLONASS三系统时差数据的最大值、最小值、均值、标准差、均方根误差。利用2016年1月到10月的连续时差数据进行时差监测评估,结果表明:GLONASS与GPS时差与T公报结果的残差标准差为4.28ns,北斗与GPS、GLONASS系统时差的标准差最优可达到4ns和5ns。     

基于北斗三号区域短报文通信的滑坡灾害监测数据传输方案设计

稳定的有线/无线通信链路是北斗/GNSS-RTK技术应用于滑坡灾害监测的必要条件，当监测区域地面通信基础设施缺失或突发险情引起通信链路中断时，滑坡监测工作难以开展。针对于此，研究并分析了北斗三号区域短报文通信（regional short message communication，RSMC）技术应用于滑坡灾害监测的可行性。首先设计了一种基于北斗三号RSMC的GNSS观测数据编码方法，在此基础上分析了基准站与流动站观测数据的不同传输方案对滑坡灾害监测的影响。最后对其中两种可行性较高方案的通信指标与定位效果进行了评估，结果表明，基准站采用4G、监测站采用北斗三号RSMC的第一种传输方案，平均解算时延优于1.1 s，传输成功率可达98.46%，实时监测序列精度在水平方向优于1cm，高程方向可达厘米级水平。该方案保持了监测序列的高频率高精度实时获取，同时提升了地面通信受限时监测信息的可用性。     

基于参考站误差估计的GNSS区域增强技术

研究了应用于民航航路、铁路、内河水运等领域的分布式卫星导航区域增强系统的定位方法,分析了参考站误差、单参考站电离层和对流层误差,提出了一种基于参考站误差估计的多站差分GNSS区域增强技术。仿真结果表明,该方法可减小参考站误差对多站差分的影响,解决现有技术中单差分系统用户与地面站的距离增加定位误差增大的问题,并增加了定位精度,同时提高了系统的可靠性和覆盖效率。     

复杂城市环境下GNSS/INS轻轨轨道中线精密测量方法CSCD

在城市轻轨线路的中线精密测量中,传统的基于GNSS的测量方式往往受高楼、站台、上跨桥及声屏障等复杂环境信号遮挡影响,甚至无法接收到GNSS信号,难以得到满足精度要求的轨道中线坐标;而基于全站仪的测量方式需建立轨道控制网,作业效率低下。为了满足城市轻轨中线精密测量高精度和高效率的需求,采用GNSS/INS轨道中线精密测量方法,基于Kalman滤波将惯导、GNSS数据进行融合,并根据轨道检测仪在轨道上不发生垂向和侧向运动的特点,采用运动约束算法,以提升组合导航系统测量精度。同时设计了基于新息滤波的抗差检测,以剔除定位质量差的GNSS数据。通过将里程计比例因子误差增广到状态向量的方式进行参数估计,以减小里程计测量误差。通过集成惯导、GNSS、里程计等传感器的轨检小车,采集城市轻轨轨道测量数据。经数据处理和对比分析,在GNSS信号较差的复杂场景下能够得到厘米级的轻轨轨道中线坐标,且测量效率大大提升。     

民机航向道信标接收功能定量评估方法研究

针对民用飞机仪表着陆系统（ILS）航向道信标（LOC）接收功能试飞中机载LOC接收功能定量评估存在困难的问题,通过对LOC基本工作原理和机场LOC地面台信号的分析,并结合机场LOC地面台的飞行校验方法和校验结果,将试飞使用跑道LOC地面台本身存在的误差以及飞行校验的设备误差纳入考量,结合民用飞机机载LOC系统试飞科目的试飞方法和试飞内容,以相应系统规范的精度要求为依据,分为“飞机沿航向道飞行”和“飞机与航向道成夹角飞行”两种情况,制定出了一套现实可行的机载LOC接收功能定量评估方法。此外,用实际的试飞数据验证了该套方法的正确性和科学性,可作为目前国内仅作定性评估的有力补充和支撑,并且可为类似的系统提供定量功能评估思路、方法及验证路径的参考。     

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统（GNSS）超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准。基于天地协同定位、导航与授时（PNT）网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价。介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略。最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距（SLR）检核3种方式对定轨结果进行了精度评价。结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根（RMS）误差整体在2~5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10~15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1~3 cm水平,标准差在3~6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求。     

智慧温室群远程监控系统通信设计

温室监控系统是对温室环境中温度、湿度、光照度等环境因子实施监测与调控的农业设施,可确保农作物获得最适宜的生长发育环境。针对现有温室监控系统在通信上存在距离受限、组网复杂、能耗高且基本仅能实现单个温室控制的问题,设计了一种基于LoRa和NB-IoT相结合的智慧温室群远程监控系统通信模式。该模式以STM32F103C8T6单片机为核心控制器件,采用ATK-LoRa SX1278和NB-IoT模块自组无线通信网实现数据的远程交互。测试结果表明：采用该通信模式可实现温室群中各温室间距离在2km范围内的数据采集、处理和传输,其通信距离远、功耗低,数据传输可靠性符合现代化农业物联网的需求。     

一种卫星导航模拟器置信度评估方案及应用

置信度评估能够为卫星导航模拟器的研制与改进提供依据。提出了一种基于对数最小二乘的模糊层次分析法和相似度法相结合的置信度评估方案。该方案利用基于对数最小二乘的模糊层次分析法将卫星导航模拟器系统分解为若干子系统或模型,并利用相似度法计算各个子系统或模型的置信度,同时使用模糊层次分析法计算各子系统或模型的权重向量,而后再逐级综合得到模拟器系统的总置信度。该方案能够将复杂系统逐层细化,且求解的子系统或模型的权重向量与置信度较为客观真实,具有重要的工程参考价值。     

基于相位平滑伪距的GNSS时差监测评估

随着全球卫星导航系统进一步的发展和完善,在系统层面上对各个GNSS进行实时时差监测是必要的。为了降低时差监测中伪距观测值的观测噪声及多径误差对时差监测的影响,采用相位平滑伪距的方法对伪距观测值的噪声及多径误差进行平滑,该方法可以实时地对伪距观测值进行处理,并且具有较好的平滑效果。利用平滑后的伪距观测值进行时差监测可以将时差监测值的标准差由2~4ns降低到1~3ns,噪声降低比率平均在20%以上。在与BIPM公布的时差数据相比,GPS-GLONASS实测值也具有较好的一致性,可以满足GNSS时差监测与预报的需求。